Osiloskop kullanılarak indüktör veya kapasitörün değeri nasıl ölçülür - rezonans frekansı yöntemi

Dirençler, İndüktörler ve Kapasitörler, hemen hemen her elektronik devresinde en yaygın kullanılan pasif bileşenlerdir. Bu üçünün dışında, dirençlerin ve kapasitörlerin değeri genellikle üstte direnç renk kodu veya sayısal işaret olarak işaretlenir. Ayrıca direnç ve kapasitans normal Multimetre kullanılarak da ölçülebilir. Ancak indüktörlerin çoğu, özellikle ferrit çekirdekli ve hava çekirdekli olanlar, herhangi bir nedenle üzerlerinde herhangi bir işarete sahip görünmüyor. Devre tasarımınız için doğru indüktör değerini seçmeniz veya eski bir elektronik PCB'den bir tane kurtarmanız ve bunun değerini bilmek istediğinizde bu oldukça can sıkıcı hale gelir.

Bu problem için doğrudan bir çözüm, indüktör, kapasitör veya direncin değerini ölçebilen ve doğrudan görüntüleyebilen bir LCR ölçer kullanmaktır. Ancak herkesin yanında bir LCR ölçer yoktur, bu nedenle bu makalede, basit bir devre ve kolay hesaplamalar kullanarak indüktör veya kapasitörün değerini ölçmek için bir osiloskopun nasıl kullanılacağını öğrenmemizi sağlar. Elbette, bunu yapmanın daha hızlı ve sağlam bir yoluna ihtiyacınız varsa, ekranı değeri okumak için ek bir MCU ile birlikte aynı tekniği kullanan kendi LC ölçüm cihazınızı da oluşturabilirsiniz.

Gerekli malzemeler

• Osiloskop
• Sinyal Üreteci veya Arduino veya diğer MCU'dan basit PWM sinyali
• Diyot
• Bilinen kapasitör (0.1 uf, 0.01 uf, 1 uf)
• Direnç (560 ohm)
• Hesap makinesi

Bilinmeyen indüktör veya kapasitörün değerini ölçmek için tank devresi adı verilen basit bir devre oluşturmamız gerekir. Bu devre aynı zamanda LC devresi veya Rezonans devresi veya Ayarlanmış devre olarak da adlandırılabilir. Bir tank devresi, birbirine paralel bağlanmış bir indüktör ve kapasitörün olacağı ve devreye güç verildiğinde gerilim ve akımın rezonans frekansı adı verilen bir frekansta rezonans olacağı devredir. İlerlemeden önce bunun nasıl olduğunu anlayalım.

Tank Devresi nasıl çalışır?

Daha önce de belirtildiği gibi, tipik bir tank devresi, paralel olarak bağlanmış bir indüktör ve kapasitörden oluşur. Kapasitör, elektrik alanında enerji depolayabilen sadece iki paralel plakadan oluşan bir cihazdır ve bir indüktör, aynı zamanda manyetik alanda enerji depolayabilen bir manyetik malzeme üzerine sarılmış bir bobindir.

Devreye güç verildiğinde kapasitör şarj olur ve ardından güç kesildiğinde kapasitör enerjisini indüktöre boşaltır. Kondansatörün enerjisini indüktöre boşalttığı zaman, indüktör şarj olur ve enerjisini, kondansatörün tekrar şarj olması için akımı ters polaritede kondansatöre geri itmek için kullanır. İndüktörlerin ve kapasitörlerin şarj ve deşarj olduklarında polariteyi değiştirdiklerini unutmayın. Bu şekilde, voltaj ve akım, yukarıdaki GIF görüntüsünde gösterildiği gibi bir rezonans oluşturarak ileri geri sallanacaktır.

Ancak bu sonsuza kadar gerçekleşemez çünkü, kapasitör veya indüktör her şarj edildiğinde ve boşaldığında, telin direnci nedeniyle veya manyetik enerji olarak bir miktar enerji (voltaj) kaybolur ve yavaş yavaş rezonans frekansının büyüklüğü aşağıda gösterildiği gibi kaybolur. dalga formu.

Bu sinyali kapsamımıza aldığımızda, rezonans frekansından başka bir şey olmayan bu sinyalin frekansını ölçebiliriz, ardından İndüktör veya kapasitörün değerini hesaplamak için aşağıdaki formülleri kullanabiliriz.

FR = 1 / / 2π LC

Yukarıdaki formüllerde F _R rezonans frekansıdır ve daha sonra kondansatörün değerini bilirsek İndüktörün değerini hesaplayabiliriz ve benzer şekilde indüktörün değerini biliyoruz kapasitörün değerini hesaplayabiliriz.

Endüktans ve Kapasitans ölçümü için kurulum

Bu kadar teori yeter, şimdi devreyi bir breadboard üzerinde inşa edelim. Burada, değerini bilinen bir indüktör değerini kullanarak bulmam gereken bir indüktörüm var. Burada kullandığım devre kurulumu aşağıda gösterilmiştir.

Kapasitör C1 ve İndüktör L1, tank devresini oluşturur, Diyot D1, akımın PWM sinyal kaynağına geri girmesini önlemek için kullanılır ve devre boyunca akımı sınırlamak için direnç 560 ohm kullanılır. Burada Arduino'mu değişken frekanslı PWM dalga formu oluşturmak için kullandım, eğer bir tane varsa veya herhangi bir PWM sinyali kullanıyorsanız bir fonksiyon üreteci kullanabilirsiniz. Kapsam, tank devresine bağlanır. Benim donanım kurulum altına benziyordu devre tamamlandıktan sonra. Ayrıca bilinmeyen ateşli çekirdek indüktörümü burada da görebilirsiniz.

Şimdi PWM sinyalini kullanarak devreyi açın ve skop üzerinde bir rezonans sinyali olup olmadığını gözlemleyin. Net bir rezonans frekansı sinyali almazsanız, kapasitörün değerini değiştirmeyi deneyebilirsiniz, genellikle 0.1 uF kapasitör çoğu indüktör için çalışmalıdır, ancak 0.01uF gibi daha düşük değerlerle de deneyebilirsiniz. Rezonans frekansını aldığınızda, bunun gibi görünmesi gerekir.

Osiloskop ile Rezonans Frekansı Nasıl Ölçülür?

Bazı insanlar için eğri bu şekilde görünürken, diğerleri için biraz ince ayar yapmanız gerekebilir. Dekuplaj kapasitörüne ihtiyacımız olduğundan osiloskop probunun 10x'e ayarlandığından emin olun. Ayrıca zaman bölüşümünü 20us veya daha düşük olarak ayarlayın ve ardından büyüklüğü 1V'nin altına düşürün. Şimdi PWM sinyalinin frekansını artırmayı deneyin, eğer bir dalga formu üreteciniz yoksa rezonans frekansını fark edene kadar kapasitörün değerini düşürmeyi deneyin. Rezonans frekansını aldığınızda, kapsamı tek sıraya koyun. Yukarıda gösterilene benzer net bir dalga formu elde etmek için mod.

Sinyali aldıktan sonra bu sinyalin frekansını ölçmemiz gerekiyor. Gördüğünüz gibi, sinyalin büyüklüğü zaman arttıkça yok oluyor, böylece sinyalin herhangi bir tam döngüsünü seçebiliyoruz. Bazı kapsamların aynısını yapmak için bir ölçüm modu olabilir, ancak burada size imlecin nasıl kullanılacağını göstereceğim. Frekans periyodunu ölçmek için aşağıda gösterildiği gibi birinci imleç çizgisini sinüs dalgasının başlangıcına ve ikinci imleci sinüs dalgasının sonuna yerleştirin. Benim durumumda zaman periyodu aşağıdaki resimde vurgulandığı gibiydi. Kapsamım ayrıca frekansı da gösterir, ancak öğrenme amacıyla yalnızca zaman aralığını düşünün, kapsamınız görüntülenmiyorsa zaman aralığını bulmak için grafik çizgilerini ve zaman bölme değerini de kullanabilirsiniz.

Sadece sinyalin zaman periyodunu ölçtük, frekansı bilmek için sadece formülleri kullanabiliriz

F = 1 / T

Yani bizim durumumuzda zaman periyodunun değeri 29.5uS, yani 29.5 × ^10-6. Yani frekansın değeri

F = 1 / (29,5 × ^10-6) = 33,8 KHz

Şimdi rezonans frekansı 33,8 × 10 ³ Hz ve kapasitörün değeri 0,1 × ^10-6 F olan 0,1uF olarak elde ettiğimiz formüllerde tüm bunların yerini alıyor.

FR = 1 / 2π √LC 33.8 × 10 ³ = 1 / 2π √L (0.1 x ^10-6)

L için çözüyoruz

L = (1 / (2π x 33.8 x 10 ³) ² / 0.1 × ^10-6 = 2.219 × ^10-4 = 221 × ^10-6 L ~ = 220 uH

Böylece bilinmeyen indüktörün değeri 220uH olarak hesaplanır, benzer şekilde bilinen bir indüktör kullanarak kapasitörün değerini de hesaplayabilirsiniz. Ayrıca birkaç bilinen indüktör değeriyle denedim ve gayet iyi çalışıyor gibi görünüyorlar. Çalışmanın tamamını aşağıdaki videoda da bulabilirsiniz.

Umarım makaleyi anladınız ve yeni bir şeyler öğrenmişsinizdir. Bunun sizin için çalışmasını sağlamada herhangi bir sorun yaşarsanız, sorularınızı yorum bölümüne bırakın veya daha fazla teknik yardım için forumu kullanın.